4. Теория карьерных горнотранспортных систем 4.1. Структура горнотранспортиой системы

Карьер является горным предприятием для добычи полезных ископаемых с целью непосредственного использования или же последующего передела в товарную продукцию. Как ранее отмечалось, его производственная деятель­ность существенно зависит от физико-механических свойств горной массы, объемов и условий залегания полезных ископаемых и пород вскрыши в недрах Земли, глубины горных работ, а также средств их механизации. Эти показатели непосредственно связаны между собой и совместно оказывают основное влия­ние на уровень технико-экономических показателей горного производства. При этом наибольшая эффективность при его проектировании и эксплуатации до­стигается путем использования принципов системного анализа, позволяющего учесть все многообразие условий и факторов в их взаимосвязи и единстве. Со­гласно этим принципам, отдельные технологические объекты карьера следует рассматривать в виде горнотранспортиой системы, представляющей целост­ное образование средств подвижного состава и выемочно-погрузочного обо­рудования во взаимосвязи с конструкцией откаточных выработок и парамет­рами системы разработки с соответствующими внутренними и внешними свя­зями. Развитие этих систем регулируется в пределах исследуемого предприя­тия путем решения задач с применением экономико-математического модели­рования [25]. Наиболее сложными из них являются горнотранспортныс систе­мы глубоких карьеров.

Для эффективного функционирования системы в целом каждой из подси­стем и каждому иерархическому уровню должен соответствовать свой перечень и своя сложность выполнения отдельных работ. При этом эффективность их решения может быть достигнута лишь при учете причинно-следственной связи между ними. Уровни иерархии подсистем должны взаимодействовать по соот­ветствующим целям и задачам. Это взаимодействие достигается путем исполь­зования результатов решения задач на другом, более низшем уровне, т.е. при активном информационном обмене между ними. Условия формирования и па­раметры рабочей зоны на всем протяжении эксплуатации карьера являются ре­шающими.

Из рис. 1.61 видно, что в соответствии с основной задачей рациональная горнотранспортная система весьма глубокого карьера должна обеспечивать формирование рабочей зоны с выполнением плановых объемов добычи полез­ных ископаемых при минимально необходимом значении текущего коэффици­ента вскрыши. Как известно, угол наклона рабочих бортов оказывает решаю­щее значение на объемы выемки пород вскрыши. С его увеличением текущие объемы вскрыши снижаются. Достигается это не только уменьшением ширины транспортных площадок, но и переходом на формирование рабочих бортов по породам вскрыши крутонаклонными слоями.

Рис. 1.61. Структура горнотранспортной системы

Для управления параметрами рабочей зоиы карьера и переноса опреде­ленной части выемки вскрыши па завершающий период отработки карьерного поля решаются задачи низшего уровня по созданию концентрационных гори­зонтов по глубине между смежными крутонаклонными слоями, заведением на них железнодорожных путей и оборудованием пунктов перегрузки горной мас­сы, которая доставляется автосамосвалами из забоев карьера.

Поскольку железнодорожные коммуникации устраиваются капитальными, торец карьера с их расположением и прилегающие участки карьера отстраива­ются в проектное положение в первую очередь. Затем фронт горных работ по вскрышс ориентируется под углом 20 - 30" к простиранию рудного пласта в направлении к противоположному торцу, чем достигается минимальное рассто­яние доставки горной массы автотранспортом (рис. 1.62). В каждом поперечном

сечении карьера угол откоса фронтальных бортов по вскрышс максимально воз­можный и достигает 35 40° [25]. За счет этого значение текущего коэффициен­та вскрыши Кг (м'/м¹) минимально и постепенно возрастает при понижении дна карьера к граничной глубине карьерного ноля. При его достижении значение К_г сравнивается со значением граничного коэффициента вскрыши К_гр (м³/м³). После этого перемещение нижней рабочей площадки в направлении к противополож­ному торцу карьера характеризуется равенством К_т-К,_р. Таким образом, под­тверждается экономическая целесообразность разработки крутопадающих ме­сторождений с нарастающим графиком режима горных работ, предложенная впервые акад. Ржевским В.В. [30] и развитая затем в работах [31, 32].

Рис. 1.62. Схема вскрытия глубоких горизонтов карьера: 1 - контуры карьерного поля; 2 диагональный фронт вскрышных работ; 3 - добычные уступы; 4 - железнодорожные заезды на концентрационные горизонты; 5 - капитальный автомобильный заезд; 6 - продольная ось рудной залежи; ПП - полустационарные перегрузочные пункты; КС - карьерные железнодо­рожные станции

Выбор типа и количества транспортных средств, сочетание их с выемоч- но-погрузочным оборудованием, определение направления проведения вскры­вающих выработок и их параметров решается задачами начального уровня в за­висимости ог главных параметров карьера и его производительности, а также от величины руководящего подъема выездных дорог. Достижение максималь­ной производительности экскаваторов и подвижного состава карьерного транс­порта в свою очередь зависит от параметров системы вскрытия и разработки, способствует сокращению их рабочего парка. Высота уступов и ширина экска­ваторных заходок, а также перемещение их в пространстве рабочей зоны ока­зывают существенное влияние не только на производительность экскаваторов, но и являются определяющими при формировании количества концентрацион­ных горизонтов с перегрузочными пунктами, протяженности откаточных дорог, интенсивности их переукладки по мере отработки экскаваторных заходок. Это, в конечном итоге, находит отражение в уровне производительности труда, по­треблении энергетических и материальных ресурсов, капитальных вложениях в основные фонды предприятия и, наконец, себестоимости добычи полезных ис­копаемых.

Эффективность горнотранспортной системы, объединяющей в себе ком­плекты оборудования и технические решения по их использованию, оценивает­ся по величине ресурсосберегающих показателей в конкретных горнотехниче­ских условиях разработки месторождения, соответствующих минимальным за­тратам на добычные работы в основной период эксплуатации карьера. В общем случае экономическая целесообразность открытой разработки руд определяется из условия достижения предприятием минимальной себестоимости товарной продукции С (грн), т.е.

т п

С ⁼ ^ р.т ' Ср.т .т ' ^в.т ^х.т ' ^х.т )~ X! ^н.п —¥ min ,

1 1

где А_рт, А„_т, А_хт - годовой объем производства основной и попутной товарной продукции, пород вскрыши и хвостов обогащения, т; С_р„„ С,_ип, С\ ,„ - себестои­мость производства 1 т основной и попутной товарной продукции, грн; т - раз­новидность попутной товарной продукции из пород вскрыши и хвостов обога­щения; п - количество разновидностей нарушения окружающей природной среды; К„ „ - денежные платежи за нарушение природы, грн;

^р.т ~ Ар • Ур > А_вт — А_в ■ у_в, А_{х т} — А_х ■ у_х,

А_п, А„, А_г - годовой объем добычи полезного ископаемого, выемки пород вскрыши и выхода хвостов обогащения, т; у_р, у„, у_х - выход товарной продук­ции из полезного ископаемого, попутной из пород вскрыши и хвостов обога­щения, доли ед.;

С = С +у С + С ■ ^А" ~^л- ,

рл Р ' Р р.п « ^ '

С„, С_рп - себестоимость добычи 1 т полезного ископаемого и передела его в товар­ную продукцию, грн; С„ - себестоимость выемки и отвалообразования 1 т пород вскрыши, грн;

Ср — б.р + Сэ.р 1 т.р ' Ст.р + Сп.р > Сд/7. С_зр, С,,.,, - себестоимость буровзрывных работ, погрузки и перегрузки 1 т полезного ископаемого при комбинированных видах транспорта, грн; 1_тр - рас­стояние транспортирования 1 т сырья на дробильно-обогатительную фабрику, км; С„_ч, - себестоимость транспортирования полезного ископаемого, грн/гкм;

С в ^— Сб.ч С-эм + ' С_т р + С и _н + С„

,Cfi.«, C„„ С,і.,і - себестоимость буровзрывных работ, погрузки и перегрузки 1 т вскрыши при комбинированных видах транспорта, грн; /„,,,. - расстояние транс­портирования 1 т вскрыши на отвалы, км; С_тн - себестоимость транспортиро­вания вскрыши, грн/ткм; С„ - себестоимость отвалообразования 1 т пород вскрыши, грн;

в.т ~ С_{в п} + (1^— у_в )С_в, С _{х т} — С_{х п} + (1 — у_х )С_Х,

С„„, С_х„ - себестоимость передела 1 т пород вскрыши и хвостов обогащения в товарную продукцию, грн; С_х - себестоимость складирования 1 т хвостов, грн;

^кн.п = ^кр +К₃+ К_а+ К₀ + К„,

К_р - плата за недра, грн; К= А_р([ + р)К^{_р; р потери полезного ископаемого в недрах, доли ед.; К^[_р - плата за 1 т полезного ископаемого в недрах, грн; К, - плата за I га земельной площади, грн;

К₃ = К\ {<>„ А_в (1 -у_й)+ А_р + (і - у_р )(1 + р){,

к\ - плата за 1 га земельного отвода, грн; S_p, S„, S_x - удельная землесмкость при добыче горной массы в карьере, раздельном складировании разнотипных пород вскрыши и хвостов обогащения, га/млн г; р~ засорение полезного иско­паемого при добыче, доли ед.; К_а - плата за пылегазовое загрязнение атмосфе­ры, грн;

^т.р ' 'ш\Ар + A_fl j+ V₀S_{n 0} + ^_xSfj _х + УцАрт + Уп.т\^от +

К^]_пг - плата за пылегазовыделенйе 1 м³ вредностей, грн; V_c, - удельный выход пыли при бурении 1 м взрывной скважины, м³; d - выход горной массы с 1 п.м. скважины, м³; V„ - удельный выход вредных газов при взрывании 1 м³ горной массы, м³; А, - годовой объем выемки скальной горной массы в карьере, м³; У_тр -- удельный выброс пыли при перемещении карьерного транспорта, м³/км; /„, - среднее расстояние транспортирования горной массы, км; V„, V_x - удельный выход пыли с 1 м² площади отвала и хвостохранилища, м³; S„,„ S_IIX - площадь поверхности отвала и хвостохранилища, м²; V_M, V„ „, - удельный выброс пыли в атмосферу при переделе полезного ископаемого и попутно добываемого сырья в товарную продукцию, м³/г; К„ - плата за хранение отходов обогащения, грн;

VO-Yp),

К^]_а - плата за 1 т отходов, грн; К„ - плаза за нарушение режима подземных вод, ірн,

^Кв = ^Кв • ^Sn.K • ^а .

К¹_в - плата за 1 м³ подземных вод, откачиваемых на поверхность, грн; 5„_к - площадь выработанного пространства карьера, м²; а - удельный водогіриток в выработанное пространство карьера в течение года, м³/м².

112

Как видно из приведенных зависимостей, рациональное использование природных ресурсов может быть достигнуто за счет снижения текущих объе­мов выемки вскрыши при эксплуатации технологических комплексов с мини­мальными потерями и засорением добываемого сырья, а также максимально возможным переделом пород вскрыши в попутную товарную продукцию. Ра­циональное конструирование железнодорожных транспортных коммуникаций, обеспечивающих минимально возможное расстояние доставки горной массы автосамосвалами к перегрузочным пунктам, создание их рациональных кон­струкций с аккумулирующими складами и максимальное приближение их к за­боям в глубинной части рабочей зоны карьера позволит существенно снизить затраты на добычные работы, а также использование выработанного простран­ства карьеров для создания внутренних отвалов.

Кроме того, анализ калькуляции себестоимости добычи 1 т руды за по­следние годы показывает, что энергетические затраты в ней составляют 32 - 35%. В этой связи снижение расстояния автомобильных перевозок и высвобож­дение части бульдозеров на перегрузочных работах благоприятно скажется на уменьшении объемов потребления дизельного топлива. Косвенно это отразится и на платежах за загазованность атмосферы. Поскольку затраты на выемочно- погрузочные и транспортные работы достигают 60 - 70% в себестоимости до­бычи полезного ископаемого, совершенствование структуры горнотранспорт­ной системы в глубоких карьерах является основным направлением поддержа­ния их рыночной конкурентоспособности.